界面駭客日記(17) - GUIツールキットいまむかし増井俊之

現在のパソコンでは、どのようなOSでもグラフィカルユーザインタフェース(GUI)の採用があたりまえになっています。 GUIで操作するアプリケーションはユーザには便利ですが、作成するのはそれなりに面倒です。文字端末でテキストを表示させるプログラムは、 Cならば

main(){ printf("Hello, World\n"); }

のように1行で書くことができますが、ウィンドウに文字を表示させる場合には、ウィンドウを開いて/背景色で塗り潰し/フォントを選択して/ 表示位置を指定して/文字列を描画する/ といった処理が必要になり、プログラムが何倍も複雑になってしまうからです。

GUIプログラムを簡単に作れるようにするために、様々な手法が工夫されてきました。あらゆるインタフェースの面倒をみてくれる UIMS(User Interface Management System)というものを用意しておき、入出力はすべてそれにまかせるという方法が注目されたこともありますが、プログラムの本体と入出力をうまく分離することは困難なので、現在こういった手法は顧みられなくなっています。また、インタフェース記述に便利な専用言語を作って利用するという方法が注目されたこともありますが、アプリケーションを記述する言語とインタフェースを記述する言語を併用するのは面倒ですので、こういう方法も現在ほとんど検討されることはなくなっています。現在、GUIを作成するためには「GUIツールキット」を使うのが主流になっています。ツールキットというのはウィンドウやテキスト入力枠のようなインタフェース部品をライブラリ化して、アプリケーション記述言語から呼び出して簡単に使えるようにしたものです。このような部品は比較的独立しており、それぞれが個有のデータや手続きを持っているため、オブジェクト指向言語では特にうまく実装することができます。たとえばJavaではSwingというツールキットライブラリが用意されており、様々なGUI部品がオブジェクトとして定義されています。

GUIプログラム開発にツールキットを使用すると、プログラム開発を効率化することができますし、見栄えや使い勝手に統一感を持たせることができるという大きな利点がある一方、特定のOS/開発環境/プログラミング言語に依存してしまったり、プログラムの制御構造がツールキットによって決まってしまうという問題点もあります。

ツールキットの歴史

GUIの歴史の初期段階から、様々なウィンドウシステムやツールキットが現われては消えていきました。現在のパソコンで最も広く使われているのは恐らく Microsoft Windows上のVisual C++などで使われる MFC(Microsoft Foundation Class)というツールキットと思われますが、 UnixやMacintoshでもいろいろなツールキットが使われています。

Unixワークステーションのさきがけとして名高い Sun Microsystemsのシステムでは SunviewまたはSuntoolsと呼ばれるウィンドウシステム/ツールキットが使われていました。その後、PostScriptを全面採用したNeWSというウィンドウシステムに移行を模索しましたが成功せず、現在の製品ではX Window Systemが使われています。その他の多くのワークステーション会社が独自のウィンドウシステムとツールキットを開発していましたが、現在はすべてX Window Systemに移行してしまいました。 X上でも数多くのツールキットが現れては消えていきましたが現在はGTK+[3]などが勢いがあるようです。

Macintosh OS Xでは、 Project Builderという管理ツールと Interface Builderという画面設計ツールを使って、 Cocoaというツールキットを使ったGUIプログラム開発を行なうことができます。 Project BuilderおよびInterface Builderはもともと NeXT ComputerのNeXTStepというOS/ウィンドウシステム用に開発されたもので、その後のVisual C++をはじめとするグラフィカルな開発環境に大きな影響を与えました。 NeXTの開発環境は比較的高価でしたが、現在AppleはProject Builderおよびコンパイラなどの優れた開発環境を標準で提供しているので開発者にとってはありがたい限りです。

GUI Toolkit Framework Page[2]では、現在利用可能なほとんどのツールキットがリストされています。 C/C++ベースのフリーのツールキットだけで100個もあるのに驚かされます。

おすすめツールキット

WindowsのMFCやMacintoshのCocoaを使うと最初から決まっている場合は仕方がありませんが、とりあえず動くものを手早く作りたい場合はどうすればよいでしょうか。ツールキットは星の数ほどあるのでどれを使えばよいのかはかなり迷うところですが、以下のようなポイントが重要でしょう。

プロトタイピングが容易なこと: GUIプログラムは見栄えや動作を手直ししながら開発しなければならないことが多いので、楽に記述/修正が可能な言語とライブラリを使用するべきでしょう。
使いやすい描画ライブラリがサポートされていること: 多くのGUIツールキットでは図を描くためのグラフィック描画ライブラリが用意されていますが、特殊な座標系が採用されているなど使いにくいものもあるようです。なるべく標準的で使いやすい描画ライブラリを含んでいるものを使うべきです。
幅広い環境で動作すること: Microsoft Windowsでしか動かないようなツールキットを使用するよりも、 UnixやMacintoshなど様々なプラットフォームで動作するものを使えば便利です。
複数スレッドや例外処理を利用できること: GUIプログラムでは、非同期的な入力やエラー処理などが必要になることが多いので、複数スレッドや例外を簡単に扱える言語やツールキットを使うと便利です。たとえば、時間のかかる処理がある場合、途中で中断できるようにしたり、並行して複数の処理を同時に行なうことにすれば使いやすいプログラムを作ることができます。
広く使われていること: ツールキットは大規模で複雑なものが多いので、多くの人が使っているものを選ぶ方が安全かもしれません。

上記の要件の多くを満たす興味深いツールキットをふたつ紹介します。

Ruby/Qt

Ruby[3]は現在日本で最も元気のある言語のひとつでしょう。 Rubyはオブジェクト指向を本格的に取り入れたスクリプト言語で、 Unix, Windowsなど様々な環境で動作します。 Qt[4]はノルウェーのTrolltech社が開発しているツールキットで、世界的に最も元気のあるツールキットのひとつです。前述のGUI Toolkit Framework Pageでは、数あるフリーのツールキットの中でQtがベストと評価されています。 QtはもともとC++で使うツールキットですが、堀江信之氏はこれをRubyで使えるようにした Ruby/Qt[5]というライブラリを作成し配付しています。 Ruby/Qtを使うと、 RubyスクリプトでQtのGUIライブラリを扱うことができるので非常に効率的にGUIプログラムのプロトタイピングを行なうことができます。またQtは3次元描画ライブラリ「OpenGL」を扱うことができるのが特徴のひとつになっていますが、 Ruby/QtではOpenGLの描画もRubyスクリプトですることができます。いにしえのパソコンでは BASIC言語と単純な描画ライブラリを使って画面に絵を描くプログラムを作るのが流行していましたが、 BASIC言語が標準でパソコンに添付されないようになってからは下火になっていました。現在ははるかに優れた言語とはるかに優れた描画ライブラリがフリーで使えるようになったことは喜ばしいことです。

Jazz

Jazz[6]は、米国メリーランド大学の Ben Bederson教授が開発した、ズーミングインタフェース(ZUI)をサポートする Java用のツールキットです。一般的なGUIでは表示を認意に拡大/縮小することはできないのが普通ですが、 Jazzでは認意の画面を連続的に拡大/縮小することができますし、 SwingのGUI部品を認意のサイズに拡大/縮小して使うこともできます。
下図はJazzで作成されたハイパーテキスト図面作成システム「HiNote」のヘルプ画面です。左の画面で「Begin」をクリックすると画面が「Navigation」と「Overview」の間に向かって連続的にズームし、右側の画面に移行します。 HiNoteを使えばこのようにズーミングを行なうハイパーテキストを簡単に作成することができます。

おわりに

現在、ツールキットの数は昔に比べて格段に増えていますが、ワークステーションの黎明期に比べると根本的な違いは少なくなっているように思われます。また、最近のツールキットは重厚長大なものが多いので、ひとつのシステムから別のものへ移行するのも難しくなってきています。多くの興味深いウィンドウシステムやツールキットが完全に絶滅してしまったのは残念なところです。多くの種類が絶滅し、一部が残って複雑化するという歴史は生物進化に似ているような気がします。
ユーザの操作にすぐにシステムが反応する「直接操作」と呼ばれるインタフェースをサポートするツールキットが時間をかけて進化してきましたが、 Webブラウザ上のCGIでは残念ながらバッチ的な操作しか行なうことができませんし、 Dynamic HTMLもあまり使いやすいとはいえません。ブラウザ上でリアルタイムな操作を行なうことができる使いやすいツールキットが望まれるところです。また、高度なグラフィクスやアニメーションを利用できるツールキットもまだ少ないようなので、今後に期待したいと思います。